Modelowanie procesu krystalizacji wybranych stopów metali nieżelaznych za pomocą programu FLUENT

Abstract

W artykule przedstawiono metodykę modelowania matematycznego i badania symulacyjne procesu krystalizacji stopu aluminium AK9, jak również eksperymenty fizyczne na rzeczywistych wytopach. Do symulacji numerycznej wykorzystano komercyjny program FLUENT, dostępny na komputerach Centrum CYFRONET. W czasie eksperymentów fizycznych wytopów, sterowano chłodzeniem dla zmian czasu krystalizacji i badano wielkość DAS charakteryzującą jakość struktury otrzymywanego materiału. Analizowano wpływ chłodzenia przy stosowaniu wody i oleju. Przyjęto, że różnica między czasem osiągnięcia temperatury solidus, a czasem osiągnięcia temperatury likwidus jest czasem krystalizacji. Dla zmian czasu krystalizacji zmieniano również przewodność cieplną masy formierskiej. Uzyskano dużą zbieżność wyników numerycznych z rzeczywistymi.

In the paper methodology of mathematical modeling and simulation methods of solidification process in AK9 aluminum alloy were presented as well as physical experiments based on real casting process. For numerical simulations commercial software package FLUENT available on CYFRONET Center supercomputers was used. During physical casting experiments for changing of solidification time the control of cooling process was performed and DAS value - which characterizes the structure of material was examined. The influence of water and oil for cooling process was analyzed. It has been assumed that the difference between the time required by the system to reach its solidus temperature and the time required to reach its liquidus temperature is the time of solidification. For changing of solidification time it was decided to increase the value of the molding sand thermal conductivity, as well. Strong similarities in the process dynamics were obtained between physical system and the model.